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申请/专利权人：中国工程物理研究院研究生院;北京航空航天大学

摘要：本发明涉及合金材料寿命预测技术领域，具体涉及到一种基于裂纹扩展速率的合金材料疲劳寿命预测方法，其包括:S1、制备合金材料试块，获取合金材料的疲劳裂纹扩展实验数据；S2、建立合金疲劳裂纹扩展速率模型，得到应力强度因子与裂纹扩展速率的函数关系；S3、根据合金疲劳裂纹扩展速率模型确定合金材料裂纹扩展速率，完成疲劳寿命预测。本发明使用连续分段对数线性裂纹扩展速率模型描述合金的裂纹扩展速率数据；通过将赫维赛德阶跃函数和转变应力强度因子幅值引入经典Paris模型中建立连续分段模型，提高模型准确性；通过对钛合金材料试件进行裂纹扩展实验，表明材料裂纹扩展速率是均匀且各向同性的。

主权项：1.一种基于裂纹扩展速率的合金材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，其包括：S1：制备合金材料试块，获取合金材料的疲劳裂纹扩展实验数据；在合金材料试块的设定位置加工出具有目标裂纹扩展方向的紧凑拉伸合金材料试件；进行疲劳裂纹扩展实验，获得疲劳裂纹长度a与对应的循环应力加载周期N，得到裂纹扩展速率dadN；基于疲劳裂纹长度a与施加应力幅值Δσ计算应力强度因子幅值ΔK为： 其中，ΔK为应力强度因子幅值；Δσ为施加应力幅值；a为疲劳裂纹长度；β为几何修正因子；S2：建立合金疲劳裂纹扩展速率模型，得到应力强度因子与裂纹扩展速率的函数关系；S21：将步骤S1中的裂纹扩展速率dadN与应力强度因子幅值ΔK绘制于双对数坐标系，能够确定存在转变应力强度因子幅值ΔKn，将合金材料的疲劳裂纹扩展数据分成第一裂纹扩展阶段和第二裂纹扩展阶段，用一个连续方程来建立合金疲劳裂纹扩展速率模型；S22：将转变应力强度因子幅值ΔKn作为待定参数，利用赫维赛德阶跃函数和经典Paris模型建立合金疲劳裂纹扩展速率模型为： 其中，为裂纹扩展速率数据；N为循环应力加载周期；C为合金疲劳裂纹扩展速率模型的第一材料参数；m1为合金疲劳裂纹扩展速率模型的第二材料参数；m2为合金疲劳裂纹扩展速率模型的第三材料参数；ΔKn为转变应力强度因子幅值；ΔK为应力强度因子幅值数据；H[lnΔKn-lnΔK]为赫维赛德阶跃函数,且其中的[lnΔKn-lnΔK]为赫维赛德阶跃函数自变量；S23：确定应力强度因子幅值ΔK与裂纹扩展速率dadN的函数关系；在第一裂纹扩展阶段，ΔK≤ΔKn，第一斜率为m1+m2，第一截距为[lnC-m2·lnΔKn]；在第二裂纹扩展阶段，ΔKΔKn，第二斜率为m1，第二截距为lnC；所述赫维赛德阶跃函数能够保证合金疲劳裂纹扩展速率模型具有整体连续性；S3：根据合金疲劳裂纹扩展速率模型确定合金材料裂纹扩展速率，完成疲劳寿命预测；分析合金材料的实际受力状态，获取初始裂纹尺寸a0和临界裂纹尺寸ac，基于步骤S2中确定的合金疲劳裂纹扩展速率模型，进行数值积分，得到合金材料的疲劳剩余使用寿命Nc为： 其中，Nc为合金材料的疲劳剩余使用寿命；a0为初始裂纹尺寸；ac为临界裂纹尺寸。

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百度查询： 中国工程物理研究院研究生院 北京航空航天大学 基于裂纹扩展速率的合金材料疲劳寿命预测方法